高強度を強化するため金ナノ粒子プラズモニックからキャビテーションの制御可能な核集中超音波アプリケーション

1. ファントムの製造を模倣した組織 注: 本研究のすべてのエクスポー ジャーに使用される光学的に透明な組織模倣ファントムの音響特性の詳細な分析は、チェ ・らで見つけることができます。24 注: ファントム金型を含むソリューションでは、約 50 mL とバッチごとに合計 5 つの金型が満ちています。したがって、ファントム溶液 250 mL の合計が用意しています。 500 mL ガラス製ビーカーと部屋の温度平衡にままに脱イオン フィルター、脱水 148.2 mL (60 %v/v) を追加します。続く 25 mL の 1 M トリス バッファー、pH 8 (10 %v/v)、および 10% 過硫酸アンモニウム (APS; 0.86 %v/v) 2.15 mL 40% (重量/体積) ガラス ビーカーにアクリルアミド/ビス-アクリルアミド ソリューション (30 %v/v) 75 mL を追加します。 マグネチックスターラー プレートにある真空チャンバ内ガラス ビーカーを置き、ビーカー内に 40 mm 長いポリテトラフルオロ エチレン (PTFE) の磁気撹拌棒を配置します。攪拌スピード中 (すなわち、確実に水の渦の形成のためのないよい混合)、ゆっくりとウシ血清アルブミン (BSA) 粉末 22.5 g (9 %w/v) を追加。 すべて BSA をソリューションに追加すると、真空チャンバーを閉じ、真空ポンプをオンにします。80h mBar の真空を維持し、真空リリース後、さらに 60 分間攪拌を続行します。この時点で、ソリューションは黄色がかって明確なはずです。 上記の方法論は、ファントムとナノ粒子なしの同じです。ナノ粒子は、必要がある場合は追加 10 μ L (1 x 108 np/mL の濃度) 850 表面プラズモン共鳴 (SPR) を持つナノロッドの nm、直径 40 nm。 最後に、テトラメチルエチレンジアミン (TEMED) ファントムの重合触媒の 125 μ L を追加します。ミキシング、ようにさらに 5 分待って 5 個 々 の金型にファントムの溶液を注ぐし、設定を 20 分を待ちます。一度設定、所有者から削除し、使用するまで密閉容器で保存します。製造の 24 h 内でファントムを使用します。 2. HIFU トランスデューサー場音響圧力の校正 注: プロトコルのこのセクションが示した/イメージング実験の前に必要ではありません。校正手順をシステムの音響出力を確保する一定の間隔で実行するが正しいです。 4.5 L の脱イオンと脱水とアクリル水槽 (280 × 141 × 132 mm) を入力します。HIFU トランスデューサーを直面しているタンクの端の固定位置ポストにマウントします。校正 (国立物理学研究所によって実行されます)、このマウントに平行膜ハイドロホン HIFU トランスデューサー (63 mm) のおおよその中心点の 3 軸手動マイクロメータのステージに。 HIFU トランスデューサーを接続 (幾何学的焦点を 63 mm) (、図 1に示すように)、アンプの電源インピー ダンス整合回路に。電力増幅器 (図 1) に接続されているファンクション ・ ジェネレーターからトリガー信号が提供されることを確保するデータ集録システムに直接膜ハイドロホンを接続します。 関数発生器の出力電圧を 30 に設定 mV、100 Hz のパルス繰り返し周波数で 10 サイクル 3.3 MHz 正弦波。 測定ソフトウェアを使用して (材料の表を参照) 検出の音響信号とマイクロメータ ステージを可視化、飛行 (42.5 μ m) の正しい時に検出された音響パルスを配置します。マイクロメータ ステージ上で一度にのみ単一半径方向を使用して、検出された音響信号を最大化します。自信を持ってこれが達成されている、一度ソフトウェアを閉じて膜ハイドロホンの現在の位置のままにします。 20 mV 単位で 20 400 mV から関数発生器の出力電圧が異なります。各電圧レベルおよび使用における MatLab 集録ソフトウェア, ハイドロホンのレコードを通知します。各レベルで 100 パルスを取得し、指定された校正データを用いた圧力で電圧データから変換します。データを平均し、すべて出力電圧レベルのピーク正と負の値の両方を測定します。これは両方パルス用に供する場ピーク負圧の調整データを与え、波の研究を続けています。 3. 両方のパルスおよび連続波研究実験装置の構成 4.5 L の脱イオンと脱水とアクリル水槽 (280 × 141 × 132 mm) を入力します。HIFU トランスデューサーと 3 軸手動マイクロメータ舞台に極大広帯域ハイドロホンをマウントします。その後、完全に水没トランスデューサーと水槽でハイドロ。この回路図は図 1に示します。 その第三次高調波 (3.3 MHz) で駆動されるようにそれを有効にする、インピー ダンス整合回路に HIFU トランスデューサーを接続します。この回路は、RF 電力増幅器の出力に直接接続されます。デジタル ファンクションジェネレーター電力増幅器の入力に接続し、リモートでプログラムします。 ファントム材料の露光前にこのシステム関数発生器 2 で説明されているように与えられた入力電圧から発生するピーク負圧を測定するのに校正差分膜ハイドロホンを使用します。デジタル関数発生器に必要な圧力レベルを設定するのにはこれらの参照電圧の値を使用します。 広帯域ハイドロホンを接続 (幾何学的な焦点を 63 mm) 5 MHz ハイパス フィルターに直接 HIFU トランスデューサーの中央開口部に収容されています。40 dB プリアンプ経由で 14 ビット データ集録カード (DAQ) に接続します。ハイパス フィルターが正しいバイアスと接続されていることを確認します。注: このカード デスクトップ PC にインストールされた、すべてのハードウェア (例の補助ファイルとしてこのソフトウェアを見つけることができます) を制御するため、本研究中にオフライン処理のためのデータを保存します。 両方、パルス レーザー システム, ファンクション ・ ジェネレーター、7 を確認するこれらのシステム間の同期を確保するために銃剣ニール Concelman (BNC) ケーブル接続トランジスタ-トランジスタ ロジック (TTL) デジタル遅延パルス発生器 ns のレーザーパルスは HIFU トランスデューサーから第四の膨張のピーク中にターゲット領域で一致です。 1 で説明した方法を使用して、BSA と 1 mm 球状金属ターゲット (ボール ベアリング) が含まれている標準のファントム材料であるように位置合わせをファントム、ナノ粒子を省略します。これを達成するために金型にファントム材料の 25 mL を注ぐ 62.5 μ l TEMED 触媒を追加し、設定するのには約 20 分を待ちます。幻の金属ターゲットを集中的に配置し、さらに 25 mL 62.5 μ l TEMED 触媒とさらに 20 分続いてファントムのソリューションの追加を待ちます。 3次元印刷ホルダー6ファントム配置配置、自動 3次元ステージでマウントし、金属ターゲットは HIFU トランスデューサーの焦点ピーク時約配置。 バースト (3 μ s) と受信するハイドロホン (DAQ カードに直接接続) 短時間 10 サイクルを送信する HIFU トランスデューサーを使用して、配置ターゲット位置パルス-エコー ロケーションを最適化されています。リアルタイムに検出信号をコンピューターに表示されます。HIFU トランスデューサーやハイドロ フォンにマウントされている手動マイクロメータ ステージを使用して飛行し、信号の振幅の時間を調整します。フライトの時刻は 85 μ s (1 往復) に設定し、両方のラジアル方向の信号の振幅を最大表示されている、このシステムが配置されます。 2 mm のファイバー束を用いたファントムに 532 nm ナノ秒パルス レーザー励起の光パラメトリック発振 (OPO) から光エネルギーのカップル。ファントム (図 1) の前に音響軸から 2 番目のマイクロメータ ステージと 45 の角度で位置にこの繊維をマウントします。レーザー光の波長が 680 に設定されている配置の表示する nm。一度目に見える、中央配置ターゲットは、15 mm 径のレーザー スポットなどマイクロメータ ステージ レーザー照明を配置します。 20-90 x デジタル顕微鏡の位置 (作業距離 90 mm) と HIFU トランスデューサーの伝搬面に垂直の水タンクの両側に白色光源。顕微鏡は、小さなマイクロ ステージにマウントされます。そのフィールドのビュー (5 x 6 mm) でターゲット金属の配置が中央になるように、フォーカスに配置します。注: 上記の手順を完了すると、(HIFU トランスデューサー、水中聴音器、レーザー照明、顕微鏡) このシステムのすべての要素が今共同配置されます特定の場所に。ファントムの配置は、研究用組織模倣ファントムに今すぐ交換できます。ファントムが 3次元測位システムに接続されているホルダーにマウントされていると、さまざまな地域は、アライメントを維持しながらターゲット状態にできます。 4. キャビテーションしきい値検出パルスの HIFU のエクスポー ジャーから メモ: 次のプロシージャは、ファントム、ナノ粒子の有無と同じですし、3 回繰り返す必要があります。 3.8 で概説されている配置手順が切断された後に PCD システムが接続されていることを確認し、ナノ粒子の SPR にレーザ波長を調整します。カスタム コントロール プログラムを使用して、レーザー システムと同期されている 10 サイクル (3 μ s) HIFU バーストを生成する関数発生器を設定します。またこのプログラムを使用して、フラッシュ ランプ発火・ Q スイッチ レーザー システムの開放のトリガー間のタイミングの変更が 0.4、1.1、2.1、または 3.4 mJ/cm2のレーザー フルエンスを設定します。 ファントム、深くと 5 mm の垂直方向の間隔、13 のユニークな場所では、HIFU システム 10 ミリメートルの焦点距離のピークをターゲットに。これらの場所のそれぞれで 4.2 で述べた 4 つのレーザ フルエンスで単一ピーク負 HIFU の圧力で露出を実行します。 ピーク負の範囲を使用する圧力は 0、0.91、1.19、1.43、1.69、1.92、2.13、2.34、2.53、2.71、2.83、3.00 と 3.19 MPa 以下の露出条件: ナノ粒子でのナノ粒子無料ファントム、ファントム、ナノ粒子をレーザーとレーザーのレーザーファントム。’偽’ レーザーをシミュレートするには、露出、としてシステムを実行が、OPO の出力上に手動のシャッターを閉め。この方法は、任意の RF の騒音が PCD システムに存在できますを確認します。 プログラムのすべての設定と露出制御プログラムに位置し、これらの測定を実行します。PCD データがデジタル化され、直接後処理用データ集録カードを使用して格納されます。各露出のパラメーターでは、500 のエクスポー ジャーが取得した6を繰り返します。 McLaughlanらによって詳細な技術を用いたファントムに短い持続期間の HIFU のエクスポー ジャーから PCD システムによって検出されたブロード バンド排出を処理します。(2017)6。 5 連続波 HIFU のエクスポー ジャーから熱変性 注: 次の手順はファントム ナノ粒子の有無で同じとは 3 回繰り返し。 3.4 mJ/cm2と (すべて 330,000 サイクル バーストはレーザー パルスに同期) CW 露出を与えるファンクションジェネレーターのフルエンスを与えるレーザー システムを設定します。幻の 11 のユニークな場所で 0.20、0.62、0.91、1.19、1.43、1.69、1.92、2.13、2.34、2.53 または 2.71 MPa の最大負圧を選択します。 17 の総露光時間を使用して幻の 15 s CW HIFU 照射前後にベースラインの 1 を得るために s。この総露光時間中にデータ集録システム PCD データの記録です。顕微鏡は、制御用パソコンに接続して、画像フレームは熱の病斑形成の直接視覚化を提供するこの時間の間に記録されます。 4.4 で説明されているすべての異なる露出条件の 4.3 のプロセスを繰り返します。 各露出のため慣性のキャビテーション線量25を計算するオフラインのすべての PCD データを処理します。